類蚊口器的仿生神經探針實現硬腦膜外微創植入

近日，中科院上海微系統所傳感技術國家重點實驗室采用微納加工技術制備了一種類蚊口器的仿生神經探針，能夠穿透硬腦膜實現多腦區微創植入，可感知植入過程中顱內血管的存在并提供損傷預警，并可實現大腦神經信號的術后即時采集和長期穩定跟蹤。相關研究成果以“A mosquito mouthpart-like bionic neural probe”為題于2023年7月12日發表在學術期刊Microsystems & Nanoengineering上。

具有高分辨率的侵入式神經電極陣列在基礎神經科學研究與神經系統疾病診治中都具有廣泛的應用潛力。柔性電極陣列可以更好提升與顱內組織的機械順應性，具有更突出的在體安全性與長期記錄性能。常用柔性神經電極在植入過程中面臨以下風險與挑戰：（1）輔助植入裝置缺乏不同目標腦區植入位置的可調整能力；（2）植入前對硬腦膜組織的手術切除易導致組織損傷和術中感染等風險；（3）深部腦組織中復雜的血管分布會增加植入血管損傷的風險。

針對以上挑戰，研究團隊受蚊子口器解剖結構的啟發，設計了一種類蚊口器的仿生神經探針，采用硬質梭針撐開結構實現微創植入，后用柔性電極精準采集信號。該探針由128通道柔性神經陣列、穿梭針植入模塊和觸覺傳感器組成。穿梭針植入模塊具有亞微米級的銳利尖端，允許將柔性電極探針精確、微創地植入目標腦組織，無需硬腦膜移除，且長度可調的穿梭針可適應不同腦區。觸覺傳感器陣列可實現高靈敏度區分不同顱內組織，可作為早期預警，避免進一步的血管損傷。實驗表明，該探針可以在植入后12小時內采集到多個高質量單神經元精度的spikes神經信號，并能夠實現對集群神經元活動16周以上的穩定追蹤。分布式跨腦區的神經信號定位采集、出色的術后急性記錄性能、長期穩定的神經信號追蹤性能，表明了類蚊口器的仿生神經探針具備在神經科學領域和腦病治療方面有很大的應用前景。

該論文的第一通訊單位為中科院上海微系統所，周渝博士、楊會然博士為該論文的共同第一作者，通訊作者為陶虎研究員和魏曉玲研究員。該研究工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、上海市級重大專項、中科院上海分院基礎研究特區計劃、上海浦江人才項目、上海市高水平地方高校創新團隊、江西省03專項及5G項目、廣東省科技創新戰略專項資金等相關研究計劃的支持。

審核編輯：劉清